2023年高考物理预测系列试题十带电体在电场中的运动147262高中物理.docx

2023年高考物理预测系列试题〔10〕·带电体在电场中的运动 适用：全国各地区 【预测题】如以下图，有一质量为m，带电荷量为+q的小球〔可视为质点〕，自竖直向下、场强为E的匀强电场中的P点静止下落。在P点正下方距离h处有一弹性绝缘挡板S〔挡板不影响匀强电场的分布〕，小球每次与挡板S相碰后电荷量均减少到碰前的k倍〔k<1〕，而碰撞过程中小球的机械能不发生损失。 〔1〕设匀强电场中，挡板S处电势，那么电场中P 点的电势为多少？小球在P点时的电势能EP为多少？ 〔2〕小球从P点出发后到第一次速度变为零的过程中电场力对小球做了多少功？ 〔3〕求在以后的运动过程中，小球距离挡板的最大距离l 【命题意图】此题考查带电体在匀强电场中的运动，应该注意带电体在与挡板碰撞后带电量的变化以及对运动过程的分析。同时考虑是否应用能量观点解题。虽然题目情境简单，但要注意一题多解。 【解题思路】看完题目，首先要明确几个概念： 1.电势、电势差、电势能；2.小球的机械能；3.电场力的功；4. 小球距离挡板的最大距离l。 【解题过程】解法一：〔1〕SP之间的电压为： ， 小球在P点时的电势能 〔2〕设小球第一次与档板碰撞时的速度大小为v1，碰撞过程中小球机械能无损失，以v1竖直向上运动，速度为零时的高度为，由牛顿第二定律和运动学公式得 ，， ，， 联立以上各式解得 故，小球从P点出发后到第一次速度变为零的过程中电场力对小球做的功为： 〔3〕由上面的分析和求解过程可得，小球与挡板第二次碰撞后能上升的高度为 依此类推，小球与挡板第n次碰撞后能上升的高度为 当n时，小球电量将减小为零，从而可得小球距离挡板的最大距离l 为： 解法二：〔1〕由电场力做功与电势能变化的关系得， 由题设条件，挡板S处电势， 可得小球在P点时的电势能 〔2〕设第一次与档板碰撞后能到达的高度为，由能量守恒得： 小球从P点出发第一次到达最高点过程中电场力对小球做的功为： 解得： 〔3〕小球与挡板碰撞后小球所带电量逐渐减小，最终电量将减小为零，整个过程中能量始终守恒，由能量守恒得： 解得： 【易错点分析】①第〔2〕问中，计算电场力对小球做功时，要注意到小球与挡板碰撞后电荷量的变化，，容易错解为；②用第一种解法推导小球与挡板第n次碰撞后能上升的高度hn与起始高度h的关系时容易出错。 【点评】解法一是用牛顿运动定律和运动学公式求解，需要注意小球运动的细节，求解比拟繁琐，但容易入手，难度小一些。解法二是由能量守恒定律和功能关系求解，只需要关注小球运动的始末位置，求解比拟简洁，但思维要求较高，相对难度大一些。 附 【预测训练题】有一匀强电场平行于固定在水平地面上的绝缘平板。绝缘平板上有一带负电的物体以10m/s的初速度平行于电场方向运动，物体沿电场方向运动的最远距离为4m。如果物体在运动过程中所受电场力大于物体受到的最大静摩擦力，且物体与绝缘平板间的动摩擦因数为0.5，那么物体在离出发点多远处动能与电势能相等？〔规定带电体在出发点时的电势能为零，重力加速度g取10m/s2〕 解答：设物体带电量为q，运动的最大位移为sm，由动能定理得 得 设带电体运动到离出发点距离为s处动能与电势能相等，即 在此过程中，由动能定理得 代入数据解得s=2.5m 设带电体在返回过程中经过距出发点距离为s′处动能与电势能再次相等，即 由动能定理得 解得 s′=1m